الروبوتات
باحثون يطورون محركات روبوتات لينة ذاتية التعافي
فريق من الباحثين في جامعة ولاية بنسلفانيا طور حلًا للتعرض للمحركات اللينة للروبوتات بسبب النشاط المتكرر: بوليمر بيوسينثي ذاتي التعافي يعتمد على أسنان الحلقات اللينة. هذا المادة مفيدة للمحركات، ولكن يمكن أيضًا تطبيقها في أي مكان يمكن أن تسبب فيه الثقوب الصغيرة مشاكل، مثل بدلات الحماية الكيميائية.
وفقًا للتقرير في Nature Materials, “المواد الذاتية التعافي الحالية لها عيوب تحد من تطبيقها العملي، مثل قوة التعافي المنخفضة وأوقات التعافي الطويلة (ساعات).”
استلهم الباحثون الإلهام من الكائنات الذاتية التعافي في الطبيعة، وقاموا بإنشاء بروتينات合thetic قوية. وهي قادرة على التعافي الذاتي من الأضرار الدقيقة والمرئية.
مليك ديميريل هو أستاذ العلوم الهندسية والآليات و حامل كرسي لлойد ودوروثي فوهر هوتش في المواد المتأثرة بالطبيعة.
“هدفنا هو إنشاء مواد ذاتية التعافي قابلة للبرمجة مع سيطرة غير مسبوقة على خصائصها الفيزيائية باستخدام الأحياء التركيبية”، قال.
أذرع الروبوتات والأطراف الاصطناعية
تعتمد بعض الآلات الروبوتية، مثل أذرع الروبوتات والأطراف الاصطناعية، على المفاصل التي تتحرك باستمرار. هذا يتطلب مادة لينة، والشيء نفسه صحيح للجهاز التنفسي والمعدات الواقية الشخصية المختلفة. هذه المواد، وجميع المواد التي تخضع للحركة المتكررة المستمرة، معرضة لخطر تطوير شقوق وصدوع صغيرة، وتفكك في النهاية. باستخدام المواد الذاتية التعافي، يمكن إصلاح هذه الشقوق الصغيرة بسرعة قبل حدوث أي ضرر جدي.
تكرارات الدنا التандمية
قام فريق الباحثين بإنشاء البوليمر الذاتي التعافي باستخدام سلسلة من تكرارات الدنا التандمية المكونة من الأحماض الأمينية التي تنتجها التكرار الجيني. تكرارات التاندم غالبًا ما تكون سلسلة قصيرة من الجزيئات التي يمكن أن تتكرر بشكل غير محدود.
أبدون بينا فرانشلسك هو المؤلف الرئيسي للورقة وسابقًا طالب دكتوراه في مختبر ديميريل.
“كنا قادرين على تقليل فترة التعافي النموذجية البالغة 24 ساعة إلى ثانية واحدة، لذلك يمكن أن تصل روبوتاتنا اللينة القائمة على البروتين إلى إصلاح نفسها على الفور”، قال أبدون بينا فرانشلسك. “في الطبيعة، التعافي الذاتي يستغرق وقتًا طويلاً. في هذا الصدد، تكنولوجيانا تفوق الطبيعة”.
وفقًا لديميريل، يمكن أن يتعافى البوليمر الذاتي التعافي مع تطبيق الماء والحرارة والضوء.
“إذا قطعت هذا البوليمر إلى نصفين، عندما يتعافى، يستعيد 100٪ من قوته”، قال ديميريل.
ميتين سيتي هو مدير قسم الذكاء الفيزيائي في معهد ماكس بلانك للنظم الذكية، شتوتغارت، ألمانيا.
“المواد الذكية الفيزيائية القادرة على الإصلاح الذاتي ضرورية لبناء روبوتات لينة قوية ومقاومة للأخطاء في المستقبل القريب”، قال سيتي.
كان الفريق قادرًا على إنشاء بوليمر لين سريع التعافي عن طريق تعديل عدد تكرارات التاندم. وهو قادر على الاحتفاظ bằng قوته الأصلية، وفي الوقت نفسه، كانوا قادرين على جعل البوليمر قابلًا للتحلل الحيوي بنسبة 100٪ وقابلًا لإعادة التدوير بنسبة 100٪ إلى نفس البوليمر.
https://www.youtube.com/watch?v=xTmgXnnG27k
البوليمرات القائمة على البترول
“نريد تقليل استخدام البوليمرات القائمة على البترول لأسباب كثيرة”، قال ديميريل. “سوف نفقد البترول في النهاية ويتسبب أيضًا في التلوث وتغير المناخ. لا يمكننا المنافسة مع البلاستيك الرخيص حقًا. الطريقة الوحيدة للمنافسة هي تقديم شيء لا يمكن للبوليمرات القائمة على البترول تقديمه والتعافي الذاتي يوفر الأداء المطلوب”.
وفقًا لديميريل، يمكن إعادة تدوير العديد من البوليمرات القائمة على البترول، ولكن يجب أن يكون ذلك إلى شيء مختلف.
البوليمرات البيوميمتيكية قادرة على التحلل الحيوي، ويمكن أن تُستخدم الأحماض مثل الخل لإعادة تدويرها إلى مسحوق يمكن بعد ذلك تصنيعه إلى البوليمر الذاتي التعافي الأصلي.
ستيفاني مكلينني هي مديرة برنامج الكيمياء الحيوية في مكتب أبحاث الجيش.
“هذه الأبحاث تسلط الضوء على مجموعة الخواص المادية التي تصبح متاحة من خلال الخروج من البروتينات التي توجد في الطبيعة باستخدام المناهج الأحيائية التركيبية”، قالت مكلينني. “التعافي الذاتي السريع والقوي لهذه البروتينات الاصطناعية يظهر إمكانية هذه المناهج لتوفير مواد جديدة للتطبيقات المستقبلية للجيش، مثل المعدات الواقية الشخصية أو الروبوتات المرنة التي يمكنها المناورة في المساحات الضيقة”.
